Programa

É Tempo de Química!O que Mantém os Átomos

em uma Molécula?

CONTEÚDOS DIGITAIS MULTIMÍDIA

Química1ª Série | Ensino Médio

Interações Moleculares e Solubilidade

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Objetivo geral:

Perceber que a interação entre os átomos

influencia nas propriedades das substâncias e

nos fenômenos físicos do nosso cotidiano.

Objetivos específicos:

Saber que desde a antiguidade o homem bus-

ca entender a constituição íntima da matéria;

Identificar as partículas envolvidas na estru-

tura atômica, suas regiões específicas e suas

cargas típicas.

Perceber que as propriedades da matéria

estão relacionadas ao tipo de ligação entre os

átomos;

Saber que os elementos químicos podem se

ligar formando ligações metálicas, iônicas e

covalentes;

Definir íon;

Diferenciar ligação iônica de ligação covalente;

Relacionar polaridade com eletronegatividade.

Pré-requisitos:

Não existem pré-requisitos.

Tempo previsto para a atividade:

Consideramos que uma aula (45 a 50 minutos

cada) será suficiente para o desenvolvimento

das atividades propostas.

Vídeo (Audiovisual)

Programa: É Tempo de Química!

Episódio: O que Mantém os Átomos em uma Molécula?

Duração: 10 minutos

Área de aprendizagem: Química

Conteúdo: Interações Moleculares e Solubilidade

Conceitos envolvidos: constituição da matéria, mudanças organolépticas,

átomos e estrutura atômica, ligações iônicas e covalentes, ligações

metálicas, íons, polaridade e eletronegatividade.

Público-alvo: 1ª série do Ensino Médio

Coordenação Didático-Pedagógica

Stella M. Peixoto de Azevedo Pedrosa

Redação

Tito Tortori

Revisão

Gislaine Garcia

Projeto Gráfico

Eduardo Dantas

Diagramação

Romulo Freitas

Revisão Técnica

Nádia Suzana Henriques Schneider

Produção

Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro

Realização

Fundo Nacional de Desenvolvimento da Educação

Ministério da Ciência e Tecnologia

Ministério da Educação

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IntroduçãoO episódio do programa É Tempo de Química! possui o tema

Interações Moleculares e Solubilidade – O que Mantém os

Átomos em uma Molécula?.

Na verdade, a temática envolve fundamentalmente as inte-

rações atômicas ou ligações químicas.

O formato desse programa, adota características de um

programa de perguntas e respostas, que propõe desafios na

forma de enigmas, traz um clima lúdico de jogo e gincana,

capaz de interessar e motivar os jovens para descobrir como

a Química permeia as situações comuns do cotidiano.

Solicite aos alunos atenção durante a apresentação do

vídeo. Evite as conversas, piadinhas e brincadeiras em

momento inapropriado. Se achar conveniente, pause a apre-

sentação para tecer comentários ou para ressaltar algum

aspecto importante.

Para um melhor aproveitamento do material é interessan-

te que os alunos façam anotações que possam nortear o

trabalho após a apresentação, dando uma maior dinâmica

às discussões.

A exibição do vídeo poderá ser feita através de qualquer mí-

dia que tenha o recurso de leitura de um DVD, tais como um

computador ou equipamento específico para reprodução

de DVD conectado a uma TV ou projetor multimídia. Não se

esqueça de verificar a disponibilidade do material necessário

para a apresentação do vídeo junto a sua coordenação.

professor!

Fique atento às concep-

ções espontâneas e co-

nhecimentos prévios dos

alunos! Assim, podemos

entender como eles fa-

zem a leitura do mundo

e, consequentemente,

definir as estratégias

adequadas para permi-

tir a ampliação desses

modelos mentais.

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or DesenvolvimentoRealize uma discussão prévia sobre o assunto a ser exibido no vídeo de forma a preparar o raciocínio dos alunos para receber o

conteúdo que será apresentado no material visual.

Gostaríamos de sugerir que você inicie a aula perguntando aos alunos se eles sabem sobre as interações entre os átomos.

Pergunte inicialmente se eles entendem por que os gases nobres recebem esse nome. Possivelmente, algum aluno lembrará

que eles não formam espontaneamente interações com outros elementos químicos. Afirme, então que isso ocorre devido à

estabilidade da sua eletrosfera.

Explique que a maioria dos elementos químicos presentes na tabela periódica, precisam formar interações para atingir essa

estabilidade. Informe que é assim que surgem as substâncias.

Aproveite para criar, durante a dinâmica, um clima de confiança, liberdade e respeito, de modo a permitir que alunos se sintam

suficientemente seguros para levantar hipóteses e propor explicações que levem a refletir sobre a relação entre o conhecimen-

to químico, a tecnologia e a vida social. Traga também para o debate, sempre que possível, a discussão sobre a relação desse

tema com o nosso cotidiano, especialmente em relação às propriedades das substâncias iônicas e covalentes.

Ideias antigas sobre a matéria

Quais são as forças que mantêm os átomos unidos?!

Maria | Participante

O episódio inicia oferecendo a reflexão de que, desde a Pré-História, o homem percebe que a matéria presente no corpo dos

seres vivos e mesmo a matéria mineral sofre transformações.

Uma sugestão interessante para ajudar os alunos a revelar suas concepções espontâneas é deter a projeção do vídeo na ima-

gem a seguir e desafiá-los perguntando sobre as transformações envolvidas no ato de assar alimentos no fogo. Peça que eles

tentem descrever as transformações ocorridas. Provavelmente eles deverão lembrar-se das mudanças organolépticas (relacio-

nadas com os sentidos) como cor, cheiro, textura, paladar, etc. Depois sugira que eles tentem visualizar as substâncias envol-

vidas, as interações entre elas, as reações químicas e a liberação de compostos voláteis. É provável que essa reflexão traga

muitas dúvidas, mas certamente ajudará os alunos a perceber que as transformações macroscópicas da matéria se relacionam

com as reações químicas e interações moleculares.

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Lembre-os que tentativas organizadas de explicar a constituição da matéria e seus processos de modificação já haviam sido

propostas pelos antigos gregos. Demócrito, Leucipo, Empédocles, Hipocrates, Aristóteles, dentre muitos, refletiram sobre es-

ses aspectos e contribuíram para esse debate. Lembre aos estudantes que, contudo, essa discussão − pautada principalmente

no poder de dedução e na análise filosófica − foi insuficiente para desvendar a natureza íntima da matéria. Destaque que ape-

sar da Química ter começado a dar seus passos a partir do século 18 com Antoine-Laurent de Lavoisier, apenas em meados do

século 19, as explicações, baseadas em dados experimentais, começaram a gerar postulados cientificamente mais coerentes.

A Estrutura Atômica

Quais são as forças que mantêm os átomos unidos?

Pedro | Participante

Relembre aos alunos que a evolução dos modelos atômicos se iniciou, na virada do século XVIII para o século XIX, com o

modelo “Bola de Bilhar”, de John Dalton − criador da Teoria Atômica Moderna. Ressalte que para Dalton os átomos seriam

esferas maciças, impenetráveis, indestrutíveis e, principalmente, desprovidas de carga elétrica. Logo, ele identificava a unida-

de fundamental da matéria como sendo indivisível e neutra.

Comente que apesar da concepção de Dalton ter uma abordagem inovadora e corajosa, algumas de suas deduções sobre a

natureza dos átomos e da estrutura íntima da matéria se mostraram limitadas, quando confrontadas com dados experimen-

tais. Entretanto, lembre que seu modelo serviu como ponto de partida para uma série de experimentos, estudos e reformula-

ções que culminaram na descoberta de que a estrutura atômica envolvia partículas ainda menores (subatômicas), com cargas

elétricas distintas, que ocupam regiões distintas (eletrosfera e núcleo).

Destaque a imagem a seguir, apresentada durante o vídeo, que representa uma repre-

sentação gráfica do modelo de Rutherford.

Lembre aos alunos que a estrutura atômica envolve a existência de uma região central

ou núcleo com carga positiva (devido à presença dos prótons) e de uma região periférica

ou eletrosfera com carga negativa (devido à presença dos elétrons).

mais detalhes!

Você poderá saber mais

sobre a evolução nas

idéias sobre a composição

da matéria lendo o artigo

FILGUEIRAS, Carlos

Alberto L. Duzentos anos

da teoria atômica de

Dalton. Química Nova

na Escola. p. 38-44, nº

20, NOV/2004. http://

qnesc.sbq.org.br/online/

qnesc20/v20a07.pdf

mais detalhes!

Você poderá saber mais

sobre as concepções es-

pontâneas dos estudantes

sobre a estrutura atômica

lendo o artigo de MOR-

TIMER, Eduardo Fleury.

Concepções Atomistas

dos Estudantes. Química

Nova na Escola. p. 23 - 26.

n° 1, maio/1995.

http://qnesc.sbq.org.br/

online/qnesc01/aluno.pdf

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A Interação entre os Átomos

Primeiro a gente tem que falar das ligações químicas: covalentes, iônicas e metálicas. Para o assunto que a gente quer abordar, é mais pertinente falar das ligações covalentes e iônicas.

Químico | Entrevistado

É importante informar aos alunos que os átomos podem interagir uns com os outros de três maneiras mais comuns. Dizemos

assim que existem as ligações covalentes, iônicas e metálicas.

Destaque que as ligações metálicas, não abordadas no contexto deste episódio, existem entre átomos de elementos metáli-

cos e diferem bastante das ligações iônicas e moleculares. Informe que a força de coesão entre os átomos dos elementos metá-

licos é gerada por um “mar de elétrons“ que envolve, livremente, o aglomerado atômico formando um retículo cristalino.

Questione os alunos se as propriedades das substâncias são sempre iguais. Certamente, eles vão afirmar que não. Peça que

eles tentem lembrar-se de algumas propriedades típicas dos metais que não são comuns em outros tipos de substâncias. Eles

podem lembrar que os metais tem um brilho metálico, são maleáveis, bons condutores de eletricidade e calor etc. Explique

aos alunos que as propriedades de cada substância estão relacionadas com o tipo de interação que existe entre os átomos, ou

seja, o tipo de ligação.

Mas então o que é ligação iônica?

Maria | Participante

Ligação iônica

Será que os alunos já ouviram o termo íon? Talvez algum aluno já tenha ouvido ou

lido algum anúncio informando a venda de um climatizador com ionizador de ar

ou de um ionizador de combustível que afirma melhorar o desempenho do motor.

Informe que os íons são uma espécie química − uma molécula ou um átomo que

perdeu ou ganhou elétrons, portanto está carregado eletricamente.

Sugerimos que você pare a projeção no momento em que o episódio mostra como

os íons são formados, conforme a imagem ao lado:

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Aponte os núcleos atômicos, caracterizados pelo sinal positivo (+) e lembre que a eletrosfera é a “nuvem” de elétrons (-) que

envolve o núcleo. Identifique os elétrons pela carga negativa (-).

Destaque que para atingir a estabilidade na eletrosfera os átomos adotam diferentes estratégias. Uma interação comum

ocorre através da transferência de elétrons de um átomo para outro. Aponte o momento em que o elétron é transferido de um

átomo a outro e mostre que o átomo da esquerda (representado em rosa) fica carregado positivamente porque o balanço entre

suas cargas positivas e negativas foi alterado pela perda do elétron. Informe que esse átomo, carregado positivamente, agora é

denominado pela Química como um íon positivo ou cátion.

Mostre, na tabela periódica, que este tipo de ligação ocorre entre metais e não-metais (ou ametais) que são átomos que pos-

suem grande diferença de eletronegatividade. Olhando a tabela, peça para eles construírem uma lista de compostos iônicos.

Aproveite e aponte, na mesma tela, que o átomo da direita (em azul) fica carregado negativamente, porque o balanço entre

suas cargas positivas e negativas foi desequilibrado pelo recebimento do elétron. Informe que esse átomo passa a ter agora

duas cargas negativas, ficando carregado negativamente. Explique que, nesse caso, o íon negativo recebe o nome de ânion.

Discuta com os alunos mostrando que esse tipo de interação atômica ocorre devido à força de atração eletrostática entre os

íons opostos. Explique que esse tipo de ligação, por esse motivo, foi denominado de ligação iônica ou eletrovalente.

Informe que muitas das características dos compostos iônicos, como a alta solubilidade na água, alto ponto de fusão e ebu-

lição, dureza, estrutura cristalina etc., estão relacionadas com a dificuldade de separar os íons devido à força (as forças) de

atração entre cátions e ânions.

Relembre que é devido a essas propriedades que os sais, como o cloreto de sódio (NaCl) − o “famoso” sal de cozinha − são

facilmente solúveis em água.

Ligação covalente

Na ligação covalente já é diferente. O que a gente tem é a interação entre os elétrons da última camada dos dois átomos que fazem a ligação covalente.

Químico | Entrevistado

mais detalhes!

As concepções espon-

tâneas dos estudantes

sobre as ligações quí-

micas são discutidas no

seguinte artigo:

FERNANDEZ, Carmen

e MARCONDES, Maria

E. R. Concepções sobre

ligação química. Química

Nova na Escola. p. 20

- 24. nº 24, novembro/

2006. http://qnesc.sbq.

org.br/online/qnesc24/

af1.pdf

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or O episódio apresenta, em seguida, que a ligação covalente é uma forma de interação diferente da ligação iônica. Nesse caso, os

átomos, para atingir a estabilidade, promovem a interação entre os elétrons da última camada da eletrosfera, também chamada

de camada de valência. Lembre aos alunos que a representação atômica apresentada nessa parte do vídeo foi o de Rutherfod/Bohr.

Destaque a figura a seguir, que mostra a interação da camada de valência na ligação covalente. Lembre que o prefixo co, do

latim, significa “companhia” ou “combinação” e que os elétrons compartilham a última camada.

mais detalhes!

Para saber mais sobre

os diferentes tipos de

ligações químicas, leia:

DUARTE, Hélio A. Liga-

ções Químicas. Quími-

ca Nova na Escola. p.14

- 23. nº 4, MAIO/2001.

http://qnesc.sbq.org.

br/online/cadernos/04/

ligacoes.pdf

Explique para os alunos que na ligação covalente os átomos se mantêm fortemente unidos pela relação de equilíbrio entre as

forças de repulsão e atração das cargas negativas das eletrosferas e (as cargas) positivas dos núcleos.

Pare a projeção no momento em que o vídeo apresenta o gráfico com a explicação sobre a relação da distância entre os núcleos

(eixo horizontal) e a energia potencial (eixo vertical).

Explore cuidadosamente o gráfico do vídeo, pois a animação oferecida, por ser uma representação simbólica, pode gerar

algum ruído no entendimento do aluno. Lembre que as imagens contêm informações que não são desveladas apenas pelo

simples olhar e que necessitam obrigatoriamente serem “lidas” à luz das teorias científicas e que, portanto, necessitam da sua

mediação, professor.

Informe que o gráfico associa a energia potencial envolvida (representada pela linha curva colorida no esquema a seguir) com

a representação da distância entre os átomos (representado pelos círculos no alto do gráfico).

Ajude os alunos a perceberem que no gráfico há uma certa distância em que os átomos atingem um ponto de equilíbrio entre

as forças de atração e repulsão (setas vermelhas). Destaque que esse nível energético, por ser o menor em que um sistema de

átomos interage, é responsável pelas ligações covalentes.

Como consequência da baixa energia de ligação envolvida, as ligações covalentes ou moleculares tendem a ter um ponto de fu-

são menor do que os dos compostos iônicos, são bons isolantes térmicos e elétricos, podem ser encontrados no estado sólido,

líquido ou gasoso, podem formar macromoléculas etc.

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Eletronegatividade e Polaridade

Tem uma propriedade dos elementos químicos que se chama eletronegatividade.

Químico | Entrevistado

Peça que os alunos façam um exercício de associação, relacionando espontaneamente palavras ao termo “polo”. Organize

a dinâmica, evitando a confusão, e registre no quadro apenas as palavras que tiverem relação com o polo geográfico e o polo

magnético. Lembre aos alunos que o polo geográfico é uma convenção, mas que o polo magnético faz com que o planeta Terra

se comporte de forma semelhante a um dipolo magnético, ou seja, um ímã. Faça a associação com o uso da bússola e lembre

que a agulha imantada se orienta no campo magnético terrestre de forma semelhante ao comportamento dos ímãs.

Retome com os alunos a reflexão sobre as ligações covalentes e lembre que esse tipo de ligação se caracteriza pelo comparti-

lhamento de elétrons da última camada.

Explique agora que os elementos químicos apresentam diferentes capacidades de atração dos elétrons quando participam de

uma ligação química. Destaque que essa propriedade é chamada de eletronegatividade e que ela depende do número de elé-

trons na última camada e também do tamanho do átomo. Logo, átomos mais eletronegativos tendem a deslocar os elétrons

da última camada mais para próximo do seu núcleo, desequilibrando a eletrosfera compartilhada da substância. Recorde que

uma ligação entre dois ou mais átomos pode envolver elementos que apresentam a mesma eletronegatividade ou elementos

com eletronegatividade diferente.

Pare o episódio no momento em que o vídeo explica esse fenômeno.

Faça com que os alunos percebam, no esquema a seguir, que a eletrosfera se comporta de forma diferente.

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Quando a distribuição dos elétrons é homogênea, a molécula é classificada como apolar ou neutra, ou seja, não demonstra um

desequilíbrio de cargas. Já no exemplo a direita há a formação de uma molécula polar.

Contextualize esse fenômeno, indicando que cada molécula de água − por ser polar − se comporta de forma semelhante a um

ímã, porque o oxigênio é mais eletronegativo que o hidrogênio.

Explique aos alunos que o comentário do vídeo sobre o congelamento dos rios se relaciona com esse tema porque a água é um exem-

plo de substância covalente polar. Quando uma substância desse tipo está no estado sólido, as forças de atração (entre os polos de

moléculas diferentes) tendem a manter o sistema mais organizado, ou seja, manter o material no estado sólido. Contudo, quando a

temperatura aumenta, a vibração molecular supera a força de atração interpolar, fazendo com que a substância mude de fase, ou seja,

passe do estado sólido para o estado líquido. Lembre que, por esse motivo, o calor é capaz de provocar a mudança de estado físico.

É importante destacar que a polaridade das moléculas também influencia na solubilidade das substâncias. Informe que, em regra

geral, uma substância polar tende a se dissolver em outra substância polar e que uma substância apolar tende a se dissolver em

outra apolar. Vale lembrar aquela expressão “similis simili“, isto é, semelhante dissolve semelhante. Lembre aos alunos que isso

explica por que a água não se dissolve no óleo e vice- versa. As moléculas de água, por serem polares, tendem a se atrair, afas-

tando as moléculas apolares do óleo. Aproveite essa oportunidade para desconstruir a ideia recorrente no senso comum de que a

água e o óleo não se misturam. Lembre que a mistura acontece, mas a dissolução não.

Ligações polares geram moléculas polares, mas embora esta propriedade não ocorra em todos os casos, informalmente, dizem

que isto ocorre constantemente, conforme é mencionado no vídeo. Deixe claro aos seus alunos que, no entanto, dependendo

da geometria molecular, ligações polares podem ou não gerar uma molécula apolar. Assim, dependendo da maneira como os

átomos estão distribuídos na molécula, as cargas dos polos podem anular-se, gerando uma molécula apolar.

Destaque a imagem do vídeo que representa uma molécula de gás carbônico (CO2) e aponte que a interação entre a polarização

é influenciada pela posição dos átomos. Os átomos de oxigênio, por serem mais eletronegativos, acabam se contrapondo, permi-

tindo uma distribuição homogênea dos elétrons, anulando os polos e gerando uma molécula apolar.

mais detalhes!

Seus alunos poderão

ampliar o conhecimento

sobre a estrutura e o

comportamento das

moléculas de água no

texto que está dispo-

nível em: http://www.

qmc.ufsc.br/qmcweb/

artigos/agua.html

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AtividadesProponha que os alunos se organizem coletivamente para criar, roteirizar e desenhar histórias em quadrinhos sobre a evolu-

ção dos modelos atômicos;

Sugira que os alunos, em grupos, produzam, a partir de material sucata, modelos de substâncias iônicas e de substâncias

covalentes e realizem uma exposição para as demais turmas, de modo que os alunos possam explicar os conceitos envolvidos e

as técnicas usadas;

Peça para os alunos pesquisarem sobre os diferentes tipos de ligação e que produzam textos de sua própria autoria sobre o

tema. A partir desse material, crie um blog em um site gratuito e escolha alguns alunos para serem co-autores e ajudarem a

colocar “no ar” a pesquisa. Convide, posteriormente, os demais alunos a visitar e comentar as postagens.

Sorteie algumas substâncias moleculares e iônicas entre grupos de alunos e peça que eles as identifiquem, classificando-as a

partir da distribuição eletrônica.

AvaliaçãoO processo de avaliação deve ocorrer de forma continuada. Cada atividade deve ser cuidadosamente avaliada do ponto de

vista dos objetivos alcançados.

O comprometimento dos alunos, bem como seu interesse em realizar as tarefas, são também pontos importantes a serem

considerados dentro do processo de avaliação.

Com a resposta direta das atividades, você pode avaliar que parte do conceito precisa ou não ser revisada com a turma.

Não se prenda às atividades aqui propostas. No caso de identificar que alguma parte das matérias não tenha ficado bem enten-

dida, fique à vontade para propor nova atividade com a qual você alcance o objetivo do aprendizado.

Todas essas atividades permitirão a você avaliar o seu próprio trabalho, tanto no que se refere ao estudo do conteúdo quanto

à utilização das mídias.

b)

c)

d)

2.a)

3.

VÍDEO - AUDIOVISUAL

EQUIPE PUC-RIO

Coordenação Geral do ProjetoPércio Augusto Mardini Farias

Departamento de Química Coordenação de Conteúdos José Guerchon

Revisão Técnica Letícia R. TeixeiraNádia Suzana Henriques Schneider

Assistência Camila Welikson

Produção de Conteúdos Walter Ruggeri

CCEAD - Coordenação Central de Educação a Distância Coordenação GeralGilda Helena Bernardino de Campos

Coordenação de Audiovisual Sergio Botelho do Amaral

Assistência de Coordenação de Audiovisual Eduardo Quental Moraes

Coordenação de Avaliação e Acompanhamento Gianna Oliveira Bogossian Roque

Coordenação de Produção dos Guias do ProfessorStella M. Peixoto de Azevedo Pedrosa

Assistência de Produção dos Guias do ProfessorTito Tortori

RedaçãoAlessandra Muylaert ArcherGisele da Silva MouraGislaine GarciaTito Tortori

DesignEduardo DantasRomulo Freitas

RevisãoAlessandra Muylaert ArcherGislaine Garcia